ВЕЩЕСТВО И ПОЛЕ. Указатель физических эффектов и явлений Ю.В.Горина.

ВЕЩЕСТВО И ПОЛЕ.

IX-1. О взаимодействии

Строго говоря, в раздел «Вещество и поле» следовало бы включить практически все физические явления, касающиеся вещества, поскольку в конечном счете все взаимодействия между частицами вещества осуществляются через поля /гравитационные, электромагнитные, ядерные/.
Любой процесс взаимодействия распадается на сумму и последовательность детальных процессов, в которых, собственно, и осуществляются более или менее элементарные акты взаимодействия. В физике существует принцип детального равновесия, согласно которому любому детальному процессу соответствует и при определенных условиях может быть осуществлен обратный процесс. Следствием принципа детального равновесия в применении к термодинамическим процессам является принцип симметрии кинетических коэффициентов. Согласно этому принципу, например, коэффициент термодиффузии должен быть равен коэффициенту эффекта Дюфура. Принцип симметрии кинетических коэффициентов справедлив в отсутствии магнитного поля и вращательного движения. В присутствии последних принцип выполняется, если изменить на обратный знак поля или угловой скорости вращения.
При составлении данного раздела в него включались, в основном, явления и эффекты, сопровождающиеся изменением свойств веществ, определяемых электронами в атомах /или молекулах/: в соответствии с этим рассматривается воздействие электрического поля и магнитного поля. Эти воздействия связаны либо с изменением свойств электронных оболочек атомов, либо с изменением свойств электронного газа как целого/металлы/.

IX-2. Эффект Холла

Эффект Холла - один из важнейших в группе гальваномагнитных явлений. Суть эффекта состоит в следующем: При протекании активного электрического тока через образец, к которому приложено магнитное поле, направленное перпендикулярно току /или имеющее такую составляющую/, в образце возникает электрическое поле /э.д.с. Холла/, направленное перпендикулярно и току, и магнитному полю. Величина э.д.с. Холла пропорциональна произведению тока и напряженности магнитного поля и зависит от свойств вещества, обычно учитываемых так называемой «постоянной Холла». Знак э.д.с. Холла связан со знаком носителей тока в образце; величина постоянной Холла, которая может быть определена из опыта, связана с концентрацией /числом носителей заряда в единице объема/ и подвижностью носителей тока. Таким образом, эффект Холла может быть применен для определения этих параметров /знака, концентрации и подвижности носителей тока/, что особенно важно в теории и практике применения полупроводниковых материалов.
Очевидно, знание этих параметров для какого-либо образца позволяет применить его в качестве датчика величины магнитного поля; кроме того, эффект Холла при некоторых условиях применим для определения плотности тока в образце.
Датчики Холла применяются для измерения линейных и угловых перемещений каких-либо объектов, находящихся в магнитных полях. Физическое явление возникновения поперечной Э.Д.С. в магнитном поле лежит в основе работы МГД - генераторов, преобразующих тепловую энергию непосредственно в электрическую. Подробнее об эффекте Холла; Илюкович А.М. «Эффект Холла и его применение в измерительной технике», в журнале «Измерительная техника», 1960г, № 7. Эффект Холла - нечетный гальваномагнитный эффект /пропорционален первой степени напряженности магнитного поля/; существует ряд гальваномагнитных явлений, величина которых зависит от квадрата этой напряженности.
Один из них - изменение электрического сопротивления в поперечном магнитном поле. Значительные изменения сопротивления наблюдались у висмута и у германия; существование такой сильной зависимости позволяет применить датчики из этих элементов для измерения магнитного поля.
Отметим, что изменению знака магнитного поля в случае эффекта Холла приводит к изменению знака эффекта /э.д.с. Холла/; для четных гальваномагнитных явлений изменение знака поля несущественно. У обычных металлов сопротивление в поперечном магнитном поле возрастает; несколько иной характер гальваномагнитные явления имеют в ферромагнетиках. В состоянии магнитного насыщения ферромагнетики уменьшают люк свое сопротивление/эффект Томсона/; в слабых полях зависимость электрического сопротивления от поля имеют сложный вид. Эффект Холла в ферромагнетиках, кроме обычной зависимости от поля, обнаруживает также сильную зависимость от сопротивления ферромагнетика.
Очевидно, /см. эффект Гопкинса/, что наиболее сильно влияние доменной структуры ферромагнетиков на гальваномагнитные коэффициенты будет проявляться при температурах, близких к температуре Кюри. /См. Кобус А., Тушинский Я. «Датчики Холла и магниторезисторы», Энергия, М., 1971г./.
Примеры. А.с. 272426: Способ измерения магнитной индукции в образце из магнитотвердого материала путем помещения испытуемого образца во внешнее магнитное пело, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и сокращения времени измерений, через поперечное сечение образца пропускают электрический ток и измеряют э.д.с. Холла на его боковых гранях, по которой судят об искомой величине.
А.с. 249467: Устройство для намерения напряженности магнитного поля, содержащее датчик э.д.с. Холла и измерительной компенсационного типа прибор, подключенный к датчику отличающееся тем, что, с целью линеаризации шкалы прибора, он снабжен вспомогательным магниточувствительным элементом, например датчиком Холла, помещенным в измеряемое магнитное поле и включенным в цепь источника опорного напряжения компенсации.
А.с. 255396: Генератор низких и инфранизких частот, содержащий вращающийся постоянный магнит о полюсными наконечниками на его концах, отличающийся тем, что с целью получения постоянной амплитуды колебаний в зазоре между плоскопараллельными гранями полюсных наконечников расположен датчик э.д.с. Холла, питаемый током от стабилизированного источника, причем направление протекающего через датчик тока совпадает с осью вращения магнита.
Патент ФРГ 1295073: Электронный счетчик активной энергии отличается тем, что к умножителю на основе эффекта Холла подводится одна из двух входных величин, в частности напряжения у потребителя, через мостовую выпрямительную схему. Момент перехода управляющего напряжения через нулевое положение совпадают с нулевыми точками выпрямленной входной величины умножителя на основе эффекта Холла.
Патент США 3555412: Датчик Холла устанавливается между электродами, которые движутся вдоль токопроводящей исследуемой поверхности. Трещина изменяет условия прохождения тока между электродами, усиливая магнитное поле в области трещины. Степень усиления магнитного поля характеризует размер трещины или дефекта. Направление трещины также влияет на степень изменения поля. Тем самым с помощью данного прибора может быть определено направление трещины, а также ее глубина и длина.
Патент США 3626145: Регулятор дуги в устройстве для автоматической сварки на постоянном токе содержит электромагнит, полюсные наконечники которого расположены перпендикулярно к дуге и свариваемому шву, что обеспечивает создание заданного оптимального поля вокруг дуги. Непосредственно перед дугой расположен датчик Холла, определяющий величину и направление вредных магнитных полей вблизи зоны сварки. Датчик Холла подключен через регистрирующий блок и блок управления к источнику питания электромагнита. После определения величины и направления вредного магнитного поля датчиком Холла, производится регулирование мощности, подводимой к электромагниту, с целью подавления электромагнитов вредного магнитного поля и создания заданной магнитной атмосферы вокруг дуги.
Патент ФРГ 1287129: 1. Устройство предназначено для считывания сигналов магнитной записи при помощи двух генераторов Холла, взаимно смещенных на заданной интервал и используемых в качестве считывающих элементов, в частности в угловых кодирерах с шевронной разверткой. Сигналы с генераторов Холла после усиления подаются на логический элемент.
Устройство отличается тем, что каждый зажим цепи управляющего тока 1-4 обоях генераторов Холла, 5, 6 через отдельный диод 7-10 соединен с соответствующим выходным зажимом A1, A2 общего источника 2 постоянного напряжения или постоянного тока с переключаемой полярностью. Полярность включения диодов выбрана так, что в каждый момент времени управляющий ток протекает через один генератор Холла. Зажимы 12-15, с которых снимается напряжение Холла, подключены к общему дифференциальному усилителю постоянного тока /v/, выход которого связан со спусковым каскадом 17.
А.с. 283639: Устройство для измерения среднего индикаторного давления в цилиндрах поршневых машин, содержащее датчик, преобразующий давление в электрический сигнал, датчик положения поршня, усилитель, электронный вычислительный блок и указатель отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции, в качестве датчика положения поршня и множительного элемента вычислительного блока использован датчик Холла, магнитная система которого жестко связана с коленчатым валом двигателя, а активный элемент соединен через усилитель с выходом датчика давления, при этом выход датчика Холла через интегратор подключен к указателю.
А.с. 225347: Устройство для автоматического регулирования электрического режима электронной термической установки, содержащее силовой источник питания, источник питания катода и блок управления источником питания катода, отличающееся тем, что, с целью повышения к.п.д. установки и улучшения качества получаемых изделий, оно снабжено датчиком мгновенной мощности, например датчиком Холла, подключенным со стороны входа к выходу силового источника питания, а со стороны выхода - к блоку управления источником питания катода.
А.с. 185382: Способ блокировки релейной защиты силового трансформатора от бросков тока намагничивания, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и надстройка, отстройка релейной защиты производится в зависимости от изменения магнитной индукций силового трансформатора, замер которой осуществляется непосредственно на магнитопроводе, например, с помощью датчиков Холла, помещенных в защитные кожухи и установленных в местах стыка стержней и ярма магнитопровода, сигнал в которых передается на исполнительный орган релейной защиты.
А.с. 163394: Устройство для измерения мощности теплового потока в двухтрубной системе путем перемножения двух неэлектрических величин электрическим способом, содержащее расходомер отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерений тепловой мощности, оно содержит датчик Холла, питаемый т. э.д.с. термопар, расположенных в пряном и обратном трубопроводах, и обмотку магнитопровода, электрически связанную с расходомером.

IX-3. ТЕРМОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Кроме эффекта Холла /появление э.д.с./, при тех же условиях /пропускание тока в поперечном магнитном поле/ наблюдается возникновение перепада температур /эффект Эттигсхаузена/. Возникающий градиент температуры, так же, как и э.д.с. Холла, направлен перпендикулярно току и магнитному полю; перепад температур пропорционален току и величине поля и изменяет свой знак при изменении направления поля или тока.
Эффект Нернста состоят в появлении электрического тока в образце, если через него в поперечном магнитном поле создать тепловой поток. Кроме этих двух взаимообратных эффектов существует еще эффект Риги-Ледюка: магнитное поле вызывает появление перепада температур по ширине полоски металла, вдоль которой создан продольный тепловой поток. Подробнее о гальваномагнитных и термомагнитных явлениях см. Ст. Ангрист, в сборнике «Над чем думают физики. Физика твердого тела», выпуск 8, 1972г.
Названные три эффекта малы в металлах /так же, как и эффект Холла/; наиболее резко эти эффекты проявляются в полупроводниках. С полупроводниками и связанны основные приведения этих эффектов; с другой стороны, количественные измерения этих эффектов несут в себе значительную информацию о строении исследуемых образцов.
А.с. 182778: Низкотемпературное устройство на основе эффектов Пельтье и Эттингсхаузена, отличающееся тем, что, с целью одновременного использования термоэлектрической батареи как генератора холода и как источника магнитного поля для охладителя Эттинсхаузена, термобатарея выполнена в виде цилиндрического соленоида.
Об эффекте Пельтье см. «Термоэлектрические явления».
А.с. 187859: Устройство для измерения э.д.с. поперечного эффекта Нериста-Эттингсхаузена в полупроводниковых материалах, содержащее нагреватель, холодильник и термопары – зонды, отличающееся тем, что, с целью исключения неизотермической части э.д.с. Нернста-Эттингсхаузена, уменьшения тепловых потерь и исключения циркуляционных токов на контакте полупроводник - измерительные зонды, термопары - зонды подведены к поверхности исследуемого образца через массивные металлические блоки холодильника и нагревателя, находящиеся в хорошем тепловом контакте с образцом и электрически изолированные от последнего.
В этом авторском свидетельстве физический эффект не применен для решения задачи; оно просто демонстрирует, что измерение эффектов требует как их знания, так и решения; сложных задач.

IX-4. ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ

Все кристаллы - анизотропны, т.е. их свойства различны по различным направлениям. Если диэлектрический кристалл деформировать в каком-либо направлении, то на соответствующих гранях появляется э.д.с. /прямой пьезоэффект/. При помещении этого кристалла в электрическое поле в нем возникает упругая деформация; величина деформации зависит как от величины поля, так и от направления его относительно осей кристалла /обратный эффект/.
Характер взаимосвязей электрической поляризации и механических деформаций в кристаллах делают возможным существование пьезоэффекта только при наличии определенного вида кристаллической структуры /например, типа кварца/. См. Шубников А.В. и др. «Исследование пьезоэлектрических текстур», М.-Л. 1955г.
Основное применение пьезоэффекта: взаимопреобразование механических и электрических колебаний - датчики частот, датчики и источники ультразвуковых колебаний, звукосниматели, манометры и т.д.
Так, например, кварцевая пластинка, помещенная в вакуумируемый объем, адсорбирует на себе молекул остаточных газов; количество адсорбированных молекул зависит от давления газа - следовательно, от давления будет зависеть суммарная масса пластинки и частота ее собственных механических колебаний; измеряя эту частоту с помощью пьезоэффекта /электрическим способом/, судят о количестве и составе остаточных газов. Напомним, что явление адсорбции обладает избирательностью.
Примеры. А.с. 187327: Гидроакустический прибор для обнаружения подводных препятствий и определения их координат, содержащий вибратор с приводом для его вращения, опускания и подъема, передатчик, приемник, индикатор, синхронизатор, блок питания и пульт управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений на мелководье, в нем использован пьезоэлектрический резонансный вибратору которого излучающая мембрана выполнена прямоугольной односторонней со ступенчатый профилем, обеспечивающим формирование характеристики направленности излучения с нижней границей, параллельной горизонту траления.
А.с. 222676: Устройство для измерения линейных размеров деталей, содержащее измерительный шток, отличающийся тем, что, с целью увеличения пределов измерения, шток выполнен составным в виде последовательно расположенных пьезоэлементов, параллельно подключенных к источнику напряжения.
Патент США 3239283: Американские изобретатели Дк.Броз и В.Лаубендорфер разработали конструкцию подшипника, в котором трение уничтожается вибрацией, но для ее создания не требуется специальных механизмов. Втулки подшипника изготовляются из пьезоэлектрического материала. Ток заставляет пьезоэлектрик сжиматься и раздаваться, создавая вибрацию, уничтожающую трение. / «Изобретатель и рационализатор» № 7, 1968, см.раздел «Трение»/.
Патент США 3558795: Корпус для язычка музыкального инструмента выполнен в форме мундштука для инструментов, аналогичных кларнету. В корпусе размещен преобразователь, выполненный на пьезоэлектрике, который входит в зацепление с язычком. Благодаря этому формируются электрические сигналы при колебательных движениях язычка.
Патент США 3557616: Измеритель потока частиц содержит пьезоэлектрический элемент, закрепленный на приводящем его в действие удлиненном элементе, расположенном в потоке частиц. Пьезоэлектрический элемент представляет собой радиально напряженный керамический пьезоэлектрический кристалл цилиндрической формы. Пьезоэлектрический элемент вырабатывает электрический сигнал в зависимости от ударов частиц по удлиненному элементу.
Пьезоэффект возможно использовать для улавливания энергии акустических волн. Установка на реактивных самолетах пьезопреобразователей позволяет экономить почти треть топлива, которое шло на выработку электроэнергии, что позволяет увеличить дальность полета. Еще некто не подсчитал, сколько можно получить энергии, выполняя звукоизолирующие перегородки из пьезоэлектриков. Фирма «Филипс» успешно разрабатывает идею пьезоэлектрического привода для механизмов малой мощности /ТМ-1970, № II/.
Акустическая энергия биений сердца достаточно велика; вводя в организм пьезоэлектрический кристалл со встроенным контуром, можно построить стимулятор работы сердца; импульсы на выходе пьезопреобразователя передаются к чувствительным зонам около сердечной мышцы и возбуждают ее. Стимулятору не нужны батареи; сердце само стимулирует свою работу через пьезопреобразователь. /ТМ-1969, № 8/.
А.с. 288330: Шариковый датчик расхода жидкостей, содержащий вихревую камеру с тангенциальным входным и выходным отверстием в дне камеры, шарик, вращающийся под действием жидкости внутри камеры, и узел съема сигнала, отличающийся тем, что, с целью расширения температурного диапазона, в нем узел съема сигнала выполнен в виде акустического преобразователя с пьезоэлектрическими элементами, расположенными на верхней и нижней крышках камеры соосно на расстоянии от оси выходного отверстия, равном радиусу окружности вращения шарика, который выполнен полым.
Патент США 3588310: Ударный механизм пианино имеет фетровый молоточек. Молоточек ударяет по пьезоэлектрическому генератору, который выдает импульсы постоянного тока, пропорциональные силе удара. Импульс сразу же поступает на транзисторную схему и через нее на конденсатор в качестве зарядного потенциала. Затем конденсатор разряжается на соответствующее сопротивление /резистор/. Напряжение разряда моделирует колебания генератора в качестве огибающей. При этом возникает колебание, звучащее как звук пианино.
А.с. 240877: Электромеханический преобразователь крутильных колебаний, выполненный в виде поляризованного пьезоэлектрического элемента, снабженного расположенными на торцах электродами, отличающийся тем, что, с целью увеличения коэффициента электромеханической связи преобразователями состоит из двух соединенных между собой эллиптических полуцилиндров, поляризованных коллинеарно-касательным напряжением, возникающим при кручении.

IX-5. Сегнетоэлектрический эффект

Сегнетоэлектрики - диэлектрический аналог ферромагнетиков. К сегнетоэлектрикам принято относить группу веществ, характеризующуюся наличием в их объеме спонтанно поляризованных участков (электрических доменов); явлении переориентация доменов в электрическом поле обеспечивает высокую поляризуемость сегнетоэлектриков - их диэлектрическая проницаемость в сотни раз превышает диэлектрическую проницаемость обычных диэлектриков. Точка фазового перехода, при которой теряются сегнетоэлектрические свойства (точка Кюри) лежит в пределах 100-200С. По аналогии с эффектом Гопкинса для ферромагнетиков вблизи точки Кюри резко проявляются аномалии многих свойств сегнетоэлектриков (упругих, оптических, пьезоэлектрических). Кроме точки Кюри, у сегнетоэлектриков существует еще несколько точек фазовых переходов, в которых их диэлектрические свойства меняются скачком. Например, титанат бария испытывает перестроения своей кристаллической структуры при -80°С, 0С и +120°С (при нормальном давлении). В интервалах между этими точками диэлектрические свойства не остаются постоянными, а плавно изменяются, при этом иногда в равных направлениях. У того же титаната бария диэлектрическая проницаемость при температурах, меньших -80°С, медленно растет, с ростом температуры, а в интервалах от -80°С до 0°С и от 0°С до 100°С диэлектрическая проницаемость с ростом температуры падает. Следовательно, конденсатор с титаном бария (или другим сегнетоэлектиком) может служить датчиком температуры или же служить переменным конденсатором, управляемым изменением температуры. Кроме температуры, диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектриков обнаруживает сильную зависимость от величины и частоты электрического поля, что и предопределяет возможность регулирования емкости сегнетоэлектрических конденсаторов с помощью этих величин.
Большая величина диэлектрической проницаемости сегнетоэлектриков и широкие возможности управления ею (и некоторыми другими свойствами - напр., величиной пьезоэлектрического эффекта, которым обладает все сегнетоэлектрики в полярном состоянии) сделали возможным применение сегнетоэлектриков в самых разнообразных областях науки и техники. Сегнетоэлектрики применяются в конденсаторостроении, в качестве пьезоэлементов (см. пьезоэлектрический эффект), в качестве нелинейных элементов в усилителях, стабилизаторах, логических схемах, ячейках памяти. Они могут быть применены также как электронно-оптические затворы, модуляторы и умножители частоты электрических сигналов. См. Желудев И.С. «Физика кристаллов диэлектриков», М., 1966. Кенциг «Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики», М., 1960г. Губкин А.Н. «Физика диэлектриков», М., 1971 г.
А.с. 238185: Устройство для измерения расхода, скорости потока жидкости или газа, содержащее термочувствительный датчик с нагревательным элементом и схему измерения температуры, отличающееся тем, что, с целью обеспечения работы в агрессивных средах, повышения быстродействия и точности измерения, термочувствительный элемент датчика выполнен в виде термоконденсатора из сегнетодиэлектрика, точка Кюри которого ниже рабочей температуры.

IX-6. Электрострикация

Явление электрострикации характерно для всех диэлектриков и состоит в появлении деформации при воздействии электрического поля. Величина электрострикации обычно очень мала; она несколько увеличивается для тех диэлектриков (жидкостей и газов), в составе которых имеются дипольные молекулы. См. Иона Ф., Ширане Д. «Сегнетоэлектрические кристаллы», М., 1965г. Электрострикация - это не обратный пьезоэффект, для ее появления не требуется определенной кристаллической структуры и принадлежности кристалла к определенному классу симметрии. Значительная величина электрострикционных деформаций наблюдается у сегнетоэлектриков; для практических применений неважно, что при строгом рассмотрении электрострикация в сегнетоэлектриках, обусловленная переориентацией электрических доменов, фактически обусловлена обратным пьезоэффектом. В заключении отметим, что если обратный пьезоэффект зависит линейно от напряженности поля, то электрострикционные силы пропорциональны квадрату напряженности (коэффициент электрострикации меньше коэффициента обратного пьезоэффекта); тот факт, что электрострикция в сегнетоэлектриках не зависит от направления поля, объясняется наличием доменной структуры.
Пример. А.с. 241802. Способ возбуждения электрострикционных колебаний в диэлектрике путем подачи на вето переменного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения амплитуды колебаний на удвоенной частоте источника возбуждения, доводят амплитуду переменного напряжения до значения, при котором диэлектрик нагревается до температуры точки Кюри, подключают параллельно диэлектрику переменную индуктивность и изменяют ее до получения устойчивых колебаний.
Фактически здесь - электрострикация в сегнетоэлектриках вблизи точки Кюри; из-за облегчения переориентации доменов электрострикционные колебания будут более интенсивными.
Патент США 3556634: Луч оптического электромагнитного излучения высокой мощности так изменяет электрострикционные свойства среды, что в ней образуется волновод для направления энергии через такую среду.
Патент США 3559101. Описывается конструкция оптического изолятора устройства, коалирующая когерентное электромагнитное стимулированное излучение. Устройство содержит призму, в которой имеется канал для когерентного светового излучения на фиксированной длине волны. В канале устанавливается отражающая пластина, закрепленная в призме. Имеется также держатель, в который помещается указанная призма. В этом держателе помещается электрострикционный элемент, имеющий первую и вторую параллельные пластины, которые параллельны указанной выше отражающей пластине. Поглотитель укрепляют на одной из параллельных пластин электрострикционного элемента, смежного с отражающей пластиной. На второй параллельной пластине укрепляется акустический элемент нагрузки электростиркционного элемента. Имеются элементы связи указанного электрострикционного элемента с указанным поглотителем, которые передают перемещение от 1/10 до 1/4 длины волны отражающей пластине для изменения величины отражения от указанной отражающей пластины.
Патент США 3560955. Оптические элементы для системы индикации, использующие материал, обеспечивающий двойное лучепреломление, когда он находится в напряженном состоянии или деформируется, снабжены различными устройствами для локального приведения в направленное состояние материала посредством электрострикции, магнитострикции, тепловой деформаций и т.п. При этом напряженные части материала действуют как переменный замедлитель или переменный поляризатор и воспроизводят другой цвет из цвета, воспроизводимого ненапряженными частями, когда поляризованный свет проходит через материал и наблюдается с помощью анализатора.

IX-7. ЭЛЕКТРЕТЫ

Электреты - аналоги постоянных магнитов; они длительно сохраняют наэлектризованное состояние и создают вокруг себя электрическое поле. Понятие «электреты» не включает в себя понятие «сегнетоэлектрики», хотя в сегнетоэлектриках также наблюдается остаточная поляризация. См. Губкин АЛ. «Электреты», М, 1961г. Теория электретов в настоящее время носит чисто качественный характер; экспериментальные исследования электретов показали, что необычные свойства электретов связаны как с ваянием поляризующихся комплексов, так и свободных зарядов. Во всяком случае, изменение знака электрического момента электретного образца со временем возможно объяснить только предположением о наличии этих двух типов зарядов.
Электреты получаются либо охлаждением расплавленного диэлектрика /воска, церезина, нафталина, нейлона/ в сильном электрическом поле, либо освещением /или радиоактивным облучением/ фотопроводящих диэлектриков - также в сильном поле. Применение электретов связано, в основном, с наличием у них постоянного электрического поля /электретные электрометры, измерителя радиации, гигрометры, телефоны и микрофоны, пьезодатчики и т.д./

IX-8. ТЕРМОЭЛЕКТРИСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Под этим названием известна группа эффектов /Зеебека, Пельтье, Томсона/, в которых обнаруживается взаимосвязь между электрическими и тепловыми свойствами.
В месте контакта двух металлов из-за разности работ выхода электронов и след, различного числа электронов, переходящих из одного металла в другой и обратно, возникает контактная разность потенциалов, уменьшающаяся с ростом температуры спая /контакта/. Если составить замкнутую цепь из различных материалов, то при одинаковой температуре всех спаев сумма контактных разностей равна нулю и тока в цепи нет. Если же спаи поддерживаются при различных температурах, то возникает термоэдс и, след., термоток. Очевидно, термоэдс будет пропорциональна разности температур спаев /эффект Зеебека/ .Эффект Пельтье - это обратный эффект Зеебека, т.е .при пропусками тока через замкнутую цепь из различных материалов в местах контакта будет выделяться или поглощаться тепло /кроме тепла, выделяющегося согласно закона Джоуля - Ленца!/. Мощность Пельтье пропорциональная току.
На основе этих эффектов Томсон теоретически предсказал и экспериментально установил существование третьего термоэлектрического эффекта: если вдоль проводника существует перепад температур, то при прохождении тока через него в нем выделяется /или поглощается - в зависимости от направлений градиента температур и тока/ некоторое количество тепла/ не путать с джоулевым теплом!/. Применения термоэлектрических явлений весьма разнообразны, назовем лишь некоторые:
- термопары
- холодильники Пельтье,
- термоэлектрогенераторы, в том числе некоторые виды солнечных батарей,
- кондиционеры
- холодильные агрегаты медицинского назначения и др.

Большая работа по исследованию и применению термоэлектрических явлений в полупроводниках ведется в СКБ института Физики АН Азерб. ССР /аппараты «Гипотерм», «Союг» и др./
В последние годы наблюдается тенденция к совместному использованию термоэлектрических и термомагнитных явлений. Магнитное о поле повышает эффективность теплоотвода, осуществляемого с помощью электронных устройств. Магнитное поле интенсифицирует и обратный процесс - превращение тепла в электричество. Эффективно применение магнитного поля при низких температурах, особенно для термоэлектрического охлаждения. Исследования последних лет показали, что в этом отношении весьма перспективно применение полуметаллов /висмут, сурьма или их сплавы/. См. Иоффе А.Ф. «Полупроводниковые термоэлементы», 196Зг. Голделий Г. «Применение термоэлектричества», ФМ, 1963г.
Формально к классу термоэлектрических явлений относятся и пироэлектрический эффект-появление электрических зарядов на поверхности диэлектрических кристаллов при их нагревании или охлаждении. Величина появляющихся зарядов связана со скоростью нагрева /охлаждения/.
Пироэлектрический эффект часто маскируется вторичным пьезоэффектом, как правило, более сильным - при нагреве возникают деформации, что и вызывает появление пьезо э.д.с.. Основное применение - индикация длинноволнового излучения.
Примеры А.с.275533: Прибор по физике для демонстраций гипотезы Фурье, отличающийся тем, что он содержит два сосуда, один из которых наполнен холодной жидкостью, а другой - горячей, и расположенное между ними проводящее тело, представляющее собой пакет тонких листов из двух разных металлов, расположенных через один, при этом каждая паре листов различных металлов составляет рабочий слой термопары, изменяющей температуру внутри тела.
А.с. 278162: Устройство для измерения скорости испарения, содержащее источник питания, датчик и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что, с целью упрощения и удешевления устройства, в нем датчик выполнен в виде термопары с четырьмя попарноодинаковами термоэлектродами из тугоплавких металлов со спаем, расположенным в виде осаждения испаряемого вещества, причем одна пара термоэлектронов присоединена к источнику питания, а вторая - к регистрирующему прибору.
Патент ФРГ 12995100: Система для получения малошумящего электронного луча для ламп пролетного типа отличается тем, что охлаждение катода осуществляется устройством, работающим с использованием эффекта Пельтье.
А.с 263969: Электротермический способ дефектоскопии, заключающийся в том, что контролируемую зону нагревают, пропуская через нее в течение определенного времени постоянный по величие электрический ток, измеряют при помощи термопары-датчика температуру ее нагрева и судят о наличии дефекта по отклонению этой температуры от температуры нагрева бездефектной зоны, отличающийся тем, что, с целью контроля зоны сварного соединения двух разных металлов, например, контактных узлов радиодеталей, в качестве термопары-датчика используют термопару, образованную соединенными металлами.
Очень изящное решение - стык двух металлов сам измеряет свою температуру.
А.с. 273486: Датчик теплового потока, содержащий теплопоглощающее тело и измеритель температуры его поверхности, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, измеритель температуры поверхности выполнен в виде последовательно соединенных термопар, поверхностный спай которых изготовлен из тонкой плевки одного из термоэлектродных материалов.
А.с. 154627: Электрический паяльник, включающий ручку, удлинитель, паяющий стержень и нагревательную спираль, размещенную внутри стержня, отличающиеся тем, что, с целью повышения качества пайки, он снабжен термопарой, смонтированной в паяющем стержне и подключенной к регулирующему устройству.
Всего навсего - паяльник, но принцип использования термопары - общеприменимый; термопара помещается прямо в месте событий /или сама - событие/; как использовать ее сигнал в дальнейшем - зависит от конкретной задачи.
А.с. 243679: Способ измерения сопротивления термоэлектрических устройств путем выделения омической составляющей от э.д.с., создаваемой эффектом Пельтье, отличающийся тем, что, с целью измерения сопротивления в широком интервале температур, равенство температур спаев получают путем пропускания постоянного тока через устройство, на спаях которого был создан градиент температур за счет нагрева.
А.с. 271064: Устройства для определения отношения разностей температур, содержащее термодатчики, включенные в плечи дифференциальной схемы, резисторы и нуль-индикатор, включенный в диагональ между общей точкой термодатчиков и подвижным контактом расхода, отличающееся тем, что, с целью определения отношения алгебраически сумм температур и упрощения конструкции, в нем в качестве термодатчиков использованы генераторные датчики, например термопары, включенные последовательно с учетом знака.
Патент США 3586439: Титанат - цирконат свинца обладает пироэлектрическим эффектом. Он используется в пирометре прямого отсчета для непосредственного измерения температуры объекта, главным образом, вследствие инфракрасного излучения, используемого объектом. Две противоположные поверхности пироэлектрического кристалла покрыты проводящим материалом. Поглощающее покрытие, нанесенное на поверхность, на которую падает излучение, преобразует это излучение в тепло. В процессе этого преобразования пироэлектрический кристалл поляризуется и вырабатывается электрическое напряжение, которое непосредственно связано с температурой объекта. Низкочастотный модулятор прерывает падающее излучение, чем обеспечивается непрерывное снятие электрического напряжения с кристалла. Электронная схема включает фильтр и выпрямитель, которые минимизируют пьезоэлектрическое напряжение, создаваемое механическими силами, которые возникают в кристалле.
А.с. 288356: Устройство для определения тепловых потоков, содержащее термоэлементы, расположенные на транше дополнительной стенки, перпендикулярных направлению теплового потока, и измерительную схему, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в нем термоэлементы выполнены в виде пироэлектрических датчиков температуры и включены в частотозависимую цепь обратной связи измерительной схемы.

IX-10. ЭФФЕКТ ГАННА

Внешнее проявление эффекта состоит в возникновение периодических колебаний тока в некоторых кристаллах /арсенид галлия, фосфид индия и др./, если напряженность электрического поля в кристалле превышает некоторое критическое значение. Период возникающих колебаний определяется временем пролета электронов от катода к аноду. Эффект открыт Дж.Ганном в 1973г; в 1965г. появились первые генераторы и диода Ганна. Эффект Гана – объемный. Генерация колебаний идет по всему объему кристалла, а не в узкой области p-п перехода, поэтому возможно достижение весьма больших мощностей СВЧ-колебаний при довольно миниатюрных размерах СВЧ-генераторов /частоты генераторов Ганна- 109 – 1010 герц.. Сейчас созданы генераторы Ганна, обеспечивающие мощность до нескольких киловатт в импульсном режиме и нескольких ватт в непрерывном режиме. Физические механизм эффекта Ганна может быть объяснен на основе зонной теории твердого тела /См. Шур M.С. «Эффект Ганна», Энергия, Л-д., 1971г. а также сборник статей «Новые методы полупроводниковой электроники. Эффект Ганна и его применение». Мир, 1968г/.
Уже сейчас на основе этого эффекта разработан ряд весьма полезных приборов: paзличного рода генераторы и усилители СВЧ, стабилизаторы токов, быстродействующие /10-9 сек/ логические схемы. Основное применение приборов Ганна - системы массовой видеотелефонной и телефонной связи, а также блоки ЭВМ. На основе эффекта создан объемный нейристор-прибор, моделирующей поведение нервного волокна.
Отметим, что величина критической напряженности электрического поля зависит от магнитного поля; в некоторых случаях изменение величины эффекта или полное прекращение генерации СВЧ-колебаний может быть вызвано собственным магнитным полем тока, протекающего через прибор.
Примеры. А.С. 267706: Применение диода Ганна в качестве стабилизатора тока в непрерывном к импульсном режима, с целью уменьшения времени установления режима стабилизации, устранения дополнительных источников питания и расширения рабочего диапазона стабилизации.
А.с. 2б1456: Генератор видеоимпульсов наносекундной длительности, содержащий генератор запускающих видеоимпульсов с линейно нарастающей амплитудой и генератор синусоидальных сигналов, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и получения видеоимпульсов наносекундной длительности любой последовательности, к генератору запускающих импульсов подключен через согласующий делитель отрезок коаксиальной линии; последовательно с внутренним проводником которой соединены: диод, обладающий эффектом Ганна, спиральная линия задержки, конденсатор, ограничительный диод, на который подано обратное смещение и оконечная нагрузка, причем участок проводника, соединяющий диод, обладающий эффектом Ганна, со спиральной линией задержки замкнут подвижной перемычкой с экраном коаксиальной линии.
Патент ФРГ 1288130: Одновибратор или триггер отличается тем, что в качестве полупроводникового элемента используется элемент Ганна. Величина напряжения и действительной части сопротивления выбраны таким образом, что в элементе Ганна обеспечивается равномерное распределение поля, по меньшей мере, при его возможных токах.

IX-10. ГИРОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
Физическая теория предсказывает, что между механическими и магнитными моментам молекул /иди атомов/ существует определенная связь; следовательно, между механическими и магнитными моментами массивных образцов также существует взаимосвязь. Соответствующие гиромагнитные эффекты обнаружены экспериментально.
ЭФФЕКТ ЭЙНШТЕЙНА-ДЕЕ-ГАЗА. Если намагнитить подвешенный вертикально цилиндр, то согласно закону сохранения момента количества движения одновременный поворот молекул внутри образца должен вызвать поворот всего цилиндра вокруг оси; этот поворот был зафиксирован по углу закручивания нити подвеса.
ЭФФЕКТА БАРНЕТТА. /обратный/ - быстрое вращение цилиндра приводит к появлению намагниченности вдоль оси.
Оба эффекта сами по себе слабы, однако при применении усилителей вполне измеримы; кроме чисто научного значения, они могут иметь и прикладное значение, например, при решении различных изобретательских задач в области измерительной техники. См. С.В.,Вонсовский, «Магнетизм».

IX-11. МАГНИТОСТРИКЦИЯ

Магнитострикцией называется явление изменения формы и размеров тела при намагничении. Для диамагнетиков и парамагнетиков величина магнитострикции очень мала; для ферромагнетиков относительное удлинение при магнитострикции составляет 10-3 -10-5. В слабых полях механизм магнитострикции связан с изменением сил магнитного взаимодействия и изменением равновесных расстояний между атомами. При этом изменяется форма тела, но не его объем. При магнитном насыщении преобладает механизм магнитострикционного изменения объема под действием так называемых «обменных силы», существование которых обуславливает явление ферромагнетизма вообще; «обменные силы» - чисто квантовый эффект, не имеющий аналогов в классической физике.
Очевидно, в ферромагнетиках возможно также существование обратного эффекта, а именно - при наличии упругих деформаций имеет место изменение намагниченности материала /магнитоупругий эффект/. Если ферромагнетик помещается в магнитное поле, то наблюдается изменение его модуля упругости /до 20%/. В большинстве случаев эффект связан своим появлением наложению удлинений упругого и магнитострикционного. Этот же эффект (дельта-Е-эффект) в некоторых сплавах (инварная сталь) возникает за счет изменения регулярной магнитной структуры внутри доменов. И в том, и в другом случае ферромагнетик в состоянии магнитного насыщения имеет больший модуль упругости, чем в размагниченном состоянии. Было бы интересно рассмотреть последствия этого эффекта, помещая различного рода стальные пружины в магнитные поля.
Дельта-Е-эффект непосредственно связан с более общим явлением механострикции - возникновением дополнительных упругих деформаций, обусловленных магнитоупругим эффектом и магнитострикцией, при воздействии механических напряжений. См. Белов К.П. «Магнитные превращения»,. 1959г.
Явление магнитострикции лежит в основе работа различного рода магнитострикционных преобразователей и датчиков. Существенным элементом многих магнитострикционных приборов и устройств является магнитострикционный резонатор-вибратор, изготовленный из ферритов или ферромагнитных материалов и сплавов. Как правило, резонаторы работают в резонансных режимах. /стабилизаторы, фильтры/. На основе магнитострикции работают также различные динамометры, манометры, тензодатчики и т.д.
Примеры: Патент США 3586961: Генератор сигнала подключается к испытуемому геркону и подает одновременно на рабочую катушку и на контактные полоски горкома линейно изменяющийся ток. Напряжение, падающее на контактах, усиливается и дифференцируется, в то время как изменяющийся ток в результате магнитострикции изгибает контактные полоски. Когда контакты имеют неровности или загрязненную поверхность, продифференцированное напряжение, считываемое при перемещении поверхностей в результате изгибания контактных полосок, будет превышать эталонное напряжение, что и вызывает отбраковку.
А.с. Датчик ультразвукового вискозиметра, содержащий магнитострикционный чувствительный элемент в виде пластинки и обмотку, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности датчика и точности измерений, магнитострикционная пластинка снабжена на одном конце напряжение, а на другом - уравновешивающей ее массой.
А.с. 224120: Способ компенсации температурной погрешности вибрационно-частотных датчиков, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и стабильности работы датчиков, создают магнитострикционные напряжения в чувствительном элементе датчика, противоположно направленные температурным напряжениям.

IX-12. ВИХРЕВЫЕ ТОКИ

Внутри проводника, помещенного в переменное магнитное поле, индуцируются круговые точки. Кроме скорости изменения магнитного поля, величине этих токов зависит от размеров проводника я его удельного сопротивления.
Вихревые токи разогревают металл. Для их уменьшения сердечники электрических машин собирают из отдельных пластин. Другим способом уменьшения вихревых токов является применение сердечников из магнитодиэлектриков - смесей ферромагнитных частиц с диэлектриком /ферроэласты, альсиферы - см. Рабкин Л.И. «Высокочастотные ферромагнетики», М, 1960г./. Конечно, индукционные токи можно использовать и для нагрева /индукционный нагрев металлов/. Индукционный нагрев применяют как для разогрева огромных масс металла, так и для нагрева чистых маге риалов в физических лабораториях /зонная плавка, прогрев металлических деталей в вакуумных объемах/.
Вихревые токи, возбуждаемые переменным магнитным полем, взаимодействуют этим полем, что приводит к возникновению механических /пондеромоторных/сил. /машины переменного тока с вращающимся полем, индукционные тормоза, электрические счетчики, магнитные насосы для перекачки расплавленных металлов/.
Взаимодействие вихревых токов, наводимых в неферромагнитном сердечнике соленоида, с магнитным полем этого соленоида, вызывает появление силы, действующей вдоль оси. /магнитные подвесы роторов гироскопов, безтигельная плавка металлов/.См. Говорков Н.А. «Электрические и магнитные поля», М.,1968г.
Примеры: А.с. 235777: Способ оттаивания снеговой шубы испарителя, например домашних холодильников, путём нагрева его поверхности, отличающийся тем, что, с целью ускорения процесса оттаивания, первичная обмотка трансформатора укреплена на стенке испарителя с тем, чтобы последний служит вторичной обмоткой трансформатора для наведения в нем вихревых токов.
А.с. 2б0931: Способ измерения натяжения немагнитных лент, основанный на измерении частоты собственных колебаний, отличающийся тем, что, с целью измерения натяжения изолированной электропроводящей ленты, в ее проводящей части индукторам наводят вихревые токи высокой частоты, модулированные по амплитуде с частотой собственных колебаний ленты.
А.с. 348919: Способ определения механических свойств материала в зонах термического влияния сварки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности испытании используют стандартный образец для механических испытании, а для нагрева применяют индукционный способ.
Патент США 3552028: Прибор измеряет отклонения, которые могут возникать непрерывно или периодически вследствие таких причин, как движение Земли и т.п. В магнитном поле подкашивается тело из диамагнитного материала. Конфигурация поля такова, что радиальные перемещения тела ограничены, а осевые - в определенных пределах возможны. Величина осевого перемещения характеризует горизонтальную составляющую измеряемого отклонения. Поскольку подвижное тело подвешено без трения, прочность и стабильность прибора более долговечны. В устройстве предусмотрена сервосистема для стабилизации нуля.
Патент США 3554034:Св8рхпроводящая сфера поддерживается на весу с помощью обмотки с током•Отклонения сферы от положения равновесия, вызванные изменениями в силе тяжести, определяются оптически. При появлении сигнала на выходе детектора в другой обмотке, окружающей сферу, появляется ток. Этот ток возбуждает магнитное поле, которое создает силу, возвращающую сферу в положение равновесия. Определение изменений силы тяжести осуществляется путем измерения величин указанного тока.
А.с. 83263: Способ очистки металлического расплава от неметаллических включений путем наложения на расплав поля электромагнитных сил, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса очистки, расплав подвергают одновременному воздействию постоянных электромагнитных сил, утяжеляющих расплав, и переменных, возбуждающих в нем упругие колебания.
А.с. 342830: 1.Способ съема колпачков на алюминиевой фольги с горлышек бутылок путем их деформирования, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса, деформирование колпачка осуществляют его нагреванием с одновременным воздействием электродинамических усилий электромагнитного поля в направлении съема.
2.Способ по п.1, отличающийся тем, что для теплового и электродинамического воздействия колпачок помещают в высокочастотное электромагнитное поле.

IX-13. СКИН-ЭФФЕКТ

При прохождении переменного тока он распределяется неравномерно по сечению проводника, концентрируясь в поверхностном слое /скин-слое/. Чем выше частота тока, тем меньше частота скин-слоя. Скин-эффект проявляется не только в металлических проводниках, но ив плазме, в ионосфере, в земле. Для экономии и уменьшения потерь токопроводы в установках высокой частоты часто выполняются в виде трубок с покрытием из хрома проводящих металлов /серебра/.
На совместном действии токов Фуко и скин-эффекта основано применение высокочастотных полей для поверхностной закалки изделий /труб, автомобильных валов и т.д./
Пример: А.с. 281997: Способ испарения материалов в вакууме путем в/ч нагрева, отличающийся тем, что с целью осуществления процесса из кольцевого источника, испарению подвергают материал в форме диска при частоте поля, обеспечивающей появление скин-эффекта на боковой поверхности диска.

IX-14. ЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ

Во многих приборах используются потоки электронов; для того, чтобы получить эти электроны, их необходимо вытащить из материалов. Энергия, необходимая для извлечения электрона, называется работой выхода, а само явление - электронной эмиссией. Для облегчения эмиссии существует два пути - уменьшение работы выхода /подбор материала, специальные покрытия/, или же сообщение электронам дополнительной энергии. Эта энергия может быть получена за счет энергии электрического поля; требуемые напряженности поля у поверхности металла – 106 - 107 вольт/см. Такие поля обычно создаются у металлических острых или тонких проволок. Автоэлектронная эмиссия служит инициатором электрического пробоя вакуума или газовых промежутков, заполненных сжатым газом; поэтому при подборе электродов и их обработке принимаются все меры, чтобы подавить автоэлектронную эмиссию.
Существует еще один вид эмиссии электронов под действием поля - так называемый эффект Молтера. Эмиссия Молтера наблюдается при наличии на поверхности металла тонких диэлектрических пленок и сильного электрического поля. Основное назначение катодов, обладающих Молтер-эффектом - холодные катоды электронных ламп. Кроме этих видов эмиссии, существует еще несколько видов различающихся способом подвода энергии. Очень часто эти способы комбинируются.
ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ- нагрев катодов, обычно электрическим током. Основное применение - катоды электровакуумных приборов.
ВТОРИЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ- испускание телом электронов при облучении его первичными электронами /фотоумножители/.
ФОТОЭМИССИЯ - эмиссия электронов под воздействием света /фотокатоды/.

КИНЕТИЧЕСКАЯ ИОННО-ЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ –
- испускание электронов при бомбардировке катода ионами /тлеющий разряд/.

ЭКЗОЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ - испускание электронов, обусловленное возникновением сильных упругих напряжений на границах поверхностных зерен металла при механической обработке его поверхности /напр. шкуркой, песком и т.д./
Основная литература: Л.Н.Добрецов, М.В.Гомоюнова «Эмиссионная электроника», М, 1966г, Брюннинг Г. «Физика и применение вторичной электронной эмиссий», М. 1958г., Сборник «Экзоэлектронная эмиссия», ИЛ, 1962г.
Примеры: А.с. 119712: Электронно-лучевая запоминающая трубка с экранными сетками, отличающаяся тем, что, с целью хранения записи неограниченно долгов время одна из экранных сеток, служащая потенциалоносителем, изготовлена из металлов, излучающих вторичную электронную эмиссию, докрытых пленкой диэлектрика и обладающих Мольтер-эффектом.
А.с. 240885: Ионный источник ленточного пучка, состоящий из плоскопараллельных анода и катода, образующих ускоряющий промежуток, имеющих соответствующие плоские щели для выхода ионного пучка и помещенных в магнитное поле, перпендикулярное электрическому, и эмиттера ионов, расположенного в плоскости анода, отличающийся тем, что, с целью увеличения плотности тока, вдоль длинных сторон щели внутри катодной пластины размещены два дополнительных термоэлектронных катода с эмитирующими электроны плоскостями, перпендикулярными плоскости катодной пластины.
А.с.226040: Способ контроль глубины нарушенного поверхностного слоя полупроводниковых пластин, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности автоматизации и упрощения процесса контроля, пластину нагревают до температуры, соответствующей максимуму электронной эмиссии, которую контролируют одним из известных методов, а по положению пика эмиссия определяют глубину нарушенного слоя.
А.с.256114: Способ получения коллоидной плазмы в МГД-генераторах, отличающийся тем, что, с целью повышения проводимости плазмы в результате использования эффекта неравновесной экзоэлектронной эмиссии, дисперсную фазу аэрозоля нагревают от температуры диссоциации до температуры плавления конечных продуктов реакции за время пролета частицами зоны образования коллоидной плазмы.
А.с. 280982: Способ определения примеси флюорита в пробах окиси иттрия, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности анализа, измельченную пробу подвергают воздействию тлеющего разряда, и по интенсивности фотостимулированной экзоэлектронной эмиссии судят о количестве флюорита в пробе.
А.с. 280685: Способ изготовления разрядного элемента электронного сверхвысокочастотного разрядника, основанный на использовании резонансных диафрагм со сквозной щелью, отличающийся тем, что, с целью повышения точности изготовления разрядных зазоров в тонких диафрагмах, их изготавливают из ленты вторично-эмиссионного материала, покрывают слоем неокисляющегося материала, укрепляют в элементе разрядника, и прорезают разрядный зазор необходимой формы.
А.с. 265301: Способ измерения энергии гамма-квантов и электронов в области энергии выше 5 Гэв путем регистрации электронно-фотонных ливней, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерения и проведения независимых измерений энергии нескольких гамма-квантов или электронов, на пути измеряемых гамма-квантов и электронов устанавливают конвертор с толщиной, соответствующей максимуму каскадной кривой электронно-фотонного ливня, и регистрируют интенсивность вторичных электронов, по которой судят об энергии измеряемых гамма-квантов или электронов.

IX-15. ТУННЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ

Суть туннельного эффекта состоит в том, что частица, первоначально локализованная по одну строну потенциального барьера, имеет конечную вероятность оказаться за барьером, даже если высота потенциального барьера выше полной энергии частицы. Туннельный эффект - существенно квантовое явление; он лежит в основе многих явлений атомной и ядерной физики /См. любой курс «Квантовой механики»/.
Наличие электрического поля определенного направления снижает потенциальный барьер для заряженной частицы и повышает вероятность проникновения частицы через барьер. /Для частиц с зарядом другого знака - барьер повышается и вероятность уменьшается/. На этом факте основана работа туннельных диодов, более подробно принцип работы диодов, основанный на наличие у них падающего участка в вольтамперной характеристике, описан в книге: Белова Н.А., Бонч-Бруевич В.Л. «Туннельные диоды» Наука, 1966г.
Туннельные диоды имеют преимущества перед обычными полупроводниковыми диодами, в основном, благодаря лучшим частотным характеристикам и быстродействию, что и предопределило их широкое использование в импульсных схемах вычислительных устройств. Наличие падающего участка в вольтамперной характеристике туннельных диодов позволяет их использовать в схемах генерации и усиления.
Примеры: Патент ФРГ 1249542: 1.Устройство предназначено для электрической передачи измеряемых величин с датчика, расположенного на вращающейся детали машины, на стационарный показывающий прибор. Частоте переменного напряжения датчика лежит в области УКВ.
Устройство отличается тем, что для получения незатухающих колебаний предусмотрены известные туннельные диоды, питающиеся постоянным током. Передающий колебательный контур имеет емкостную связь с полупроводниковым диодом, изменяющим свою емкость при воздействии электрических измеряемых величин.
А.с. 270814: Запоминающее устройство, выполненное в виде последовательно соединенной цепи элементов, между которыми включены элементы задержки, отличающиеся тем, что с целью увеличения быстродействия устройства, оно содержит туннельные диоды, подсоединенные с обоих концов элементов задержки, указанная цепь подключена к источнику смещения.
А.с. 270061: Цифровой измеритель емкости конденсаторов, генератор счетных импульсов, схему совпадения, счетчик импульсов и индикатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения конструкции, параллельно входу схемы совпадения включен туннельный диод, соединенный последовательно с испытуемым конденсатором.
А.с. 286274: Устройство для измерения контактного давления ленты на магнитную головку, содержащее упругие элементы и датчики, отличающееся тем, что, с целью осуществления одновременно интегрального и дискретного измерении указанного давления, устройство измерения выполнено в виде полуцилиндра, состоящего из упругих элементов, образующих гребенку, закрепленного одним своим краем по образующей на корпусе магнитной головки, при этом другой край полуцилиндра выполнен свободным, а под каждой полосой гребенки установлен датчик, например, с туннельным эффектом.